JP2000306869A - Abrasive and polishing method - Google Patents

Abrasive and polishing method

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JP2000306869A
JP2000306869A JP11148499A JP11148499A JP2000306869A JP 2000306869 A JP2000306869 A JP 2000306869A JP 11148499 A JP11148499 A JP 11148499A JP 11148499 A JP11148499 A JP 11148499A JP 2000306869 A JP2000306869 A JP 2000306869A
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To vary polishing rate for a metallic film, barrier film and insulating film arbitrarily by using silica, having a predetermined specific surface area as abrasive grains and mixing oxalic acid, an oxidizing agent and water in properly adjusted amounts with the silica. SOLUTION: As abrasive grains, silica is used whose specific surface area is about 20 m2/g or larger and smaller than about 80 m2/g. By varying the concentration of silica and the concentrations of oxalic acid and an oxidizing agent of other components, the polishing speed is adjusted arbitrarily. The remaining component is water. The concentration of silica is preferably within the range of about 0.1-20 wt.%. Furthermore, the concentration of oxalic acid is preferably within the range of about 0-1 wt.%. When polishing a metallic film 4, the concentration of oxalic acid is set to a larger value, and for reducing the polishing speed for the film 4, the concentration of oxalic acid is set to a smaller value. Still further, the concentration of the oxidizing agent is preferably within the range of about 0-10 wt.%. When polishing the film 4, the concentration of the oxidizing agent is set to a highish value, and to reduce the polishing speed for the film 4, the concentration of the oxidizing agent is set to a lowish value.

Description

【発明の詳細な説明】DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、新規な研磨剤及び
それを用いた研磨方法に関する。詳しくは、金属膜の溶
解特性を低く抑えながら、且つ、金属膜または金属膜及
びバリア膜を実用的な研磨速度で研磨でき、しかも、成
分の割合を変化させることにより、研磨速度を任意に可
変できる研磨剤、及び半導体デバイスの製造を上記研磨
剤を使用して精度良く行うことが可能な研磨方法を提供
する。
The present invention relates to a novel polishing agent and a polishing method using the same. More specifically, the metal film or the metal film and the barrier film can be polished at a practical polishing rate while keeping the dissolution characteristics of the metal film low, and the polishing rate can be arbitrarily varied by changing the ratio of the components. The present invention provides an abrasive which can be used, and a polishing method which can accurately manufacture semiconductor devices using the above-mentioned abrasive.

【0002】[0002]

【従来の技術】半導体デバイスの高集積化に伴って、配
線技術は益々微細化かつ多層化の方向に進んでいる。そ
して、上記配線技術の多層化の進展によって半導体基板
表面の段差は大きくなり、更にその上に形成される配線
の加工精度や信頼性を低下させ、微細化を妨げるという
問題を有する。
2. Description of the Related Art Along with the high integration of semiconductor devices, wiring technology has been increasingly miniaturized and multilayered. Then, with the progress of the multilayering of the wiring technology, the step on the surface of the semiconductor substrate becomes large, and furthermore, there is a problem that the processing accuracy and reliability of the wiring formed thereon are reduced, and miniaturization is hindered.

【0003】上記の多層化による問題点を解決するため
に、配線パターンや電極等(以下、配線等という)が形
成された層を平坦化し、その上に更に配線等を形成する
技術が開発されている。即ち、図1に示すように、
(a)半導体基板1の表面に金属配線用の凹部Aを有す
る絶縁膜2を形成し、(b)その上にバリア膜3を介し
て該凹部を埋めるように金属膜4を形成した後、(c)
凹部を埋める金属膜以外の金属膜及びバリア膜を研磨す
ることにより除去して絶縁膜と凹部を埋める金属膜との
平坦化された面を形成する方法である。
In order to solve the above-mentioned problems caused by the multi-layer structure, a technique has been developed in which a layer on which a wiring pattern, an electrode, etc. (hereinafter, referred to as a wiring, etc.) is formed is flattened, and further a wiring, etc. is formed thereon. ing. That is, as shown in FIG.
(A) An insulating film 2 having a concave portion A for metal wiring is formed on the surface of a semiconductor substrate 1, and (b) a metal film 4 is formed thereon so as to fill the concave portion via a barrier film 3. (C)
In this method, a metal film other than the metal film filling the concave portion and the barrier film are removed by polishing to form a flat surface of the insulating film and the metal film filling the concave portion.

【0004】上記技術において、バリア膜は、金属膜と
して用いるアルミニウムや銅が絶縁膜中に拡散するのを
防止し、且つそれら金属膜の半導体基板表面への密着性
を良くする機能を有するものであり、一般に、窒化チタ
ンや窒化タンタルなどが使用される。
In the above technique, the barrier film has a function of preventing aluminum or copper used as a metal film from diffusing into the insulating film and improving the adhesion of the metal film to the surface of the semiconductor substrate. In general, titanium nitride, tantalum nitride, or the like is used.

【0005】上記研磨方法は、高い研磨性能を実現する
ため、機械的な研磨とそれを促進するような化学反応と
を併用する方法が採られる。この方法は、化学機械研磨
(以下、CMPと略記する)法と呼ばれ、金属膜、絶縁
膜、バリア膜等の研磨対象に応じて使用する研磨剤の組
成が種々提案されている。上記研磨剤の一般的な組成
は、研磨砥粒と薬剤とよりなる。
The above-mentioned polishing method employs a method of using both mechanical polishing and a chemical reaction which promotes the polishing in order to realize high polishing performance. This method is called a chemical mechanical polishing (hereinafter, abbreviated as CMP) method, and various compositions of polishing agents to be used according to a polishing target such as a metal film, an insulating film, and a barrier film have been proposed. The general composition of the above-mentioned abrasive is composed of abrasive grains and a chemical.

【0006】上記研磨剤において、各膜における研磨速
度の比(以下、選択比とも言う)を1にすることができ
れば、かかる研磨剤を用いて全ての膜を均一に研磨する
ことが可能である。
In the above-mentioned abrasive, if the polishing rate ratio (hereinafter also referred to as selection ratio) of each film can be set to 1, it is possible to uniformly polish all the films using such an abrasive. .

【0007】ところが、上記選択比が1の理想的な研磨
剤は存在せず、通常は、金属膜の選択比の高い研磨剤を
使用し、バリア膜を停止層として金属膜を研磨し、続い
て、金属膜及びバリア膜の選択比が低い研磨剤に変え
て、バリア膜の研磨を行うという方法が採用されてい
る。また、この場合でも、実用的な研磨速度を有し、且
つ選択比が1に近い研磨剤は存在せず、金属膜或いはバ
リア膜のいずれかが優先して研磨されることにより多少
の凹凸が生じる場合があり、そのため、絶縁膜まで研磨
した後、更に選択比の異なる他の研磨剤を使用して研磨
が行われるという方法を行う場合が多々あった。
However, there is no ideal polishing agent having the above-mentioned selection ratio of 1, and usually, an polishing agent having a high selection ratio of the metal film is used, and the metal film is polished using the barrier film as a stop layer. Thus, a method is employed in which the barrier film is polished in place of a polishing agent having a low selectivity between the metal film and the barrier film. Also in this case, there is no abrasive having a practical polishing rate and a selectivity close to 1 and some unevenness is caused by preferentially polishing either the metal film or the barrier film. For this reason, in many cases, a method is used in which after the insulating film is polished, the polishing is performed using another polishing agent having a different selection ratio.

【0008】[0008]

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記研
磨方法は、金属膜の研磨、バリア膜及び金属膜の研磨、
及び金属膜、バリア膜及び絶縁膜を研磨する全ての研磨
工程を修了するまでに、研磨砥粒や酸などの種類を変え
て選択比を調整した数種類の研磨剤の使用を余儀なくさ
れる。
However, the above-mentioned polishing method comprises polishing a metal film, polishing a barrier film and a metal film,
By the time all polishing steps for polishing the metal film, the barrier film, and the insulating film are completed, several types of polishing agents having different selectivity and changing the selection ratio of polishing abrasives and acids must be used.

【0009】そのため、研磨装置が複数台必要になった
り、また、一台の研磨装置で処理するには、研磨剤の交
換やその準備のために多大の時間と手間を要するなどの
問題点があった。
[0009] Therefore, there are problems that a plurality of polishing apparatuses are required, and that a large amount of time and labor is required for replacement and preparation of abrasives when processing with one polishing apparatus. there were.

【0010】また、上記従来の研磨剤においては、たと
え選択比を調整しても、実際の研磨工程においては、薬
剤により研磨対象の金属が溶解し、配線として残したい
絶縁膜表面の凹部を埋めた金属までが薄くなる(以下、
この現象をディッシングという)現象を伴う場合があ
る。このディッシングが起こると配線不良が発生し易く
なるため、ディッシングの発生をできる限り抑える必要
がある。また、明らかなディッシングは見られなくて
も、金属膜の表面は薄い腐食層(酸化膜)が生成してい
る場合が多い。
In the conventional polishing agent, even if the selectivity is adjusted, in the actual polishing step, the metal to be polished is dissolved by the agent, and the recesses on the surface of the insulating film to be left as wiring are filled. Metal becomes thinner (hereinafter referred to as
This phenomenon is called dishing). When this dishing occurs, a wiring failure easily occurs. Therefore, it is necessary to suppress the occurrence of dishing as much as possible. In addition, even though no apparent dishing is observed, a thin corrosion layer (oxide film) is often formed on the surface of the metal film.

【0011】以上のように、従来の研磨方法において
は、複数の研磨剤を使用する必要性から、複数台の研磨
装置を要したり、研磨剤を交換するための手間と時間が
必要であったり、また、上記薬剤によるディッシングの
問題も、十分に解決されるに至っていないのが現状であ
った。
As described above, in the conventional polishing method, the necessity of using a plurality of abrasives necessitates the use of a plurality of polishing apparatuses and the labor and time for exchanging the abrasives. At present, the problem of dishing caused by the above-mentioned chemicals has not been sufficiently solved.

【0012】[0012]

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記問題
を解決するため鋭意研究を重ねた。その結果、特定の比
表面積を有するシリカを砥粒とし、これとシュウ酸、酸
化剤及び水よりなる磨剤が、その成分量のみを適宜調整
することによって、金属膜、バリア膜及び絶縁膜の研磨
速度を任意に変えることができるため、一台の研磨機で
連続的に半導体基板を研磨可能で、また、より平坦な半
導体基板表面を形成できることを見い出した。また、上
記研磨剤は、金属膜の耐溶解性(ディッシング)にも優
れていることを見い出し、本発明を完成するに至った。
Means for Solving the Problems The present inventors have made intensive studies to solve the above problems. As a result, silica having a specific specific surface area is used as abrasive grains, and a polishing agent comprising oxalic acid, an oxidizing agent, and water is appropriately adjusted only for the amount of the components, whereby the metal film, the barrier film, and the insulating film are formed. Since the polishing rate can be arbitrarily changed, it has been found that a single polishing machine can continuously polish a semiconductor substrate and a flatter semiconductor substrate surface can be formed. Further, the above-mentioned polishing agent was found to be excellent also in the dissolution resistance (dishing) of the metal film, and completed the present invention.

【0013】即ち、本発明は、BET法によって測定し
た比表面積(以下、単に比表面積という)が20m2
g以上、80m2/g未満のシリカを0.1〜20重量
%、シュウ酸を0〜1重量%、酸化剤を0〜10重量%
含み、残部が水よりなることを特徴とする、金属膜、バ
リア膜及び絶縁膜の研磨速度を任意に変え得る研磨剤で
ある。
That is, according to the present invention, the specific surface area (hereinafter, simply referred to as specific surface area) measured by the BET method is 20 m 2 /
g to less than 80 m 2 / g of silica, 0.1 to 20% by weight, oxalic acid at 0 to 1% by weight, and oxidizing agent at 0 to 10% by weight.
A polishing agent that can arbitrarily change the polishing rate of a metal film, a barrier film, and an insulating film, wherein the polishing agent contains water, with the balance being water.

【0014】[0014]

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る研磨剤及び研
磨方法を詳細に説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, an abrasive and a polishing method according to the present invention will be described in detail.

【0015】本発明は、砥粒として比表面積が20m2
/g以上、80m2/g未満の範囲、好ましくは、25
〜80m2/gにあるシリカを使用することが、それ自
身の濃度、他の成分であるシュウ酸及び酸化剤の濃度を
変えて、選択比を任意に調整するために重要である。例
えば、上記比表面積の範囲の上限である80m2/g以
上のシリカを使用した場合、バリア膜及び絶縁膜の研磨
速度が十分上がらず、金属膜とバリア膜、或いは、金属
膜、バリア膜及び絶縁膜の研磨においては、殆ど使用す
ることができない。また、20m2/g未満のシリカを
使用する場合は、シリカが沈降し易くなり、研磨剤の安
定性が低下すると共に、スクラッチが増えることが懸念
される。
According to the present invention, the abrasive has a specific surface area of 20 m 2.
/ G or more and less than 80 m 2 / g, preferably 25
The use of silica at あ る 80 m 2 / g is important in order to arbitrarily adjust the selectivity by changing its own concentration, the concentrations of the other components oxalic acid and oxidizing agent. For example, when silica having an upper limit of the specific surface area of 80 m 2 / g or more is used, the polishing rate of the barrier film and the insulating film is not sufficiently increased, and the metal film and the barrier film, or the metal film, the barrier film and In the polishing of the insulating film, it can hardly be used. Further, when silica of less than 20 m 2 / g is used, the silica is liable to settle, and the stability of the abrasive is reduced, and there is a concern that scratches may increase.

【0016】また、砥粒として、シリカ以外の砥粒、例
えば、アルミナを使用した場合は、上記問題に加えて、
研磨傷(スクラッチ)の発生が多いという他の問題があ
る。CMP研磨工程においてスクラッチが発生すると、
デバイスの配線が断線したりショートしたりするため、
デバイスの歩留まりを大幅に低下させる原因となる。
When abrasive grains other than silica, for example, alumina are used as abrasive grains, in addition to the above-mentioned problems,
There is another problem that polishing scratches (scratch) often occur. When scratch occurs in the CMP polishing process,
Because the wiring of the device is disconnected or short-circuited,
This may cause a significant reduction in device yield.

【0017】本発明に使用されるシリカは、前記比表面
積を満足する範囲において、公知のものが特に制限なく
使用される。例えば、火炎中で四塩化ケイ素やシラン系
ガスを燃焼させて製造されるヒュームドシリカ、アルコ
キシシランを原料に用いて加水分解して製造されるゾル
−ゲルシリカ(以下、高純度コロイダルシリカとも言
う)、珪酸ソーダを原料にして鉱酸で中和して製造され
る湿式シリカ、同じく珪酸ソーダを原料にしてオストワ
ルド法で製造されるコロイダルシリカなどが挙げられ
る。上記の中でも、高純度コロイダルシリカは純度が高
い上に粒子の形状が球状のためにスクラッチが発生し難
いなどの特徴を有しており、極めて好適である。
As the silica used in the present invention, known silicas are used without any particular limitation as long as the specific surface area is satisfied. For example, fumed silica produced by burning silicon tetrachloride or silane-based gas in a flame, or sol-gel silica produced by hydrolysis using alkoxysilane as a raw material (hereinafter, also referred to as high-purity colloidal silica) And wet silica produced by using sodium silicate as a raw material and neutralized with a mineral acid, and colloidal silica produced by using the sodium silicate as a raw material by the Ostwald process. Among the above, high-purity colloidal silica is highly suitable because it has features such as high purity, and is unlikely to cause scratches due to spherical particle shape.

【0018】本発明の研磨剤における上記シリカの濃度
は0.1〜20重量%の範囲が好ましい。シリカの濃度
が0.1重量%よりも小さいと、被研磨膜の研磨速度が
低下する場合があり、20重量%よりも大きい場合に
は、研磨剤がゲル化するなど安定性に問題が生じる場合
がある。
The concentration of the silica in the abrasive of the present invention is preferably in the range of 0.1 to 20% by weight. If the concentration of silica is less than 0.1% by weight, the polishing rate of the film to be polished may be reduced. If the concentration is more than 20% by weight, there is a problem in stability such as gelling of the abrasive. There are cases.

【0019】本発明の研磨剤において、酸としてシュウ
酸を使用することが極めて重要である。即ち、シュウ酸
を使用することにより、金属膜の研磨速度を十分維持し
ながら、研磨がバリア膜に達した際における、金属膜の
溶解を効果的に防止でき、前記絶縁膜凹部における金属
膜のディッシングを防止することができる。
In the abrasive of the present invention, it is extremely important to use oxalic acid as the acid. That is, by using oxalic acid, the dissolution of the metal film when polishing reaches the barrier film can be effectively prevented while sufficiently maintaining the polishing rate of the metal film, and the metal film in the insulating film concave portion can be effectively prevented. Dishing can be prevented.

【0020】本発明の研磨剤において、上記シュウ酸の
濃度は、0〜1重量%の範囲が好ましい。本発明の研磨
剤は、前記シリカとの組み合わせにおいて、金属膜の研
磨速度が研磨剤中のシュウ酸濃度に大きく依存する傾向
にある。そのため、金属膜を研磨したい場合にはシュウ
酸濃度を高めに設定し、金属膜の研磨速度を落としたい
ときにはシュウ酸濃度を低めに設定すれば良い。なお、
シュウ酸濃度が1重量%を超えた場合には、金属膜に対
する研磨速度が非常に大きくなり過ぎるため、研磨の制
御が難しくなる傾向にある。
In the abrasive of the present invention, the concentration of the oxalic acid is preferably in the range of 0 to 1% by weight. In the abrasive of the present invention, in combination with the silica, the polishing rate of the metal film tends to greatly depend on the oxalic acid concentration in the abrasive. Therefore, when polishing the metal film, the oxalic acid concentration should be set higher, and when the polishing rate of the metal film should be reduced, the oxalic acid concentration should be set lower. In addition,
When the oxalic acid concentration exceeds 1% by weight, the polishing rate for the metal film becomes too high, so that the polishing control tends to be difficult.

【0021】本発明において、酸化剤の種類は特に制限
無く公知のものが使用できる。例えば、過酸化物、過塩
素酸塩、過硫酸塩、酸化性金属塩、酸化性金属錯体など
が挙げられるが、それらの中でも、取り扱いやすさ、純
度等のうえで過酸化水素と過硫酸アンモニウムが好まし
い。
In the present invention, the type of the oxidizing agent is not particularly limited, and a known oxidizing agent can be used. For example, peroxides, perchlorates, persulfates, oxidizable metal salts, oxidizable metal complexes and the like, among them, hydrogen peroxide and ammonium persulfate in terms of ease of handling, purity, etc. preferable.

【0022】また、本発明の研磨剤において、上記酸化
剤の濃度は0〜10重量%の範囲が好ましい。本発明の
研磨剤は、前記シリカとの組み合わせにおいて、金属膜
の研磨速度が研磨剤中の酸化剤濃度に大きく依存する傾
向にある。そのため、金属膜を研磨したい場合には酸化
剤の濃度を高めに設定し、金属膜の研磨速度を落とした
いときには酸化剤の濃度を低めに設定すれば良い。
In the abrasive of the present invention, the concentration of the oxidizing agent is preferably in the range of 0 to 10% by weight. In the polishing agent of the present invention, in combination with the silica, the polishing rate of the metal film tends to greatly depend on the oxidizing agent concentration in the polishing agent. Therefore, when polishing the metal film, the concentration of the oxidizing agent may be set higher, and when it is desired to reduce the polishing rate of the metal film, the concentration of the oxidizing agent may be set lower.

【0023】尚、酸化剤の濃度が10重量%を越えても
金属膜に対する研磨速度の向上効果はあまり見られない
場合が多く、濃度の高い酸化剤を使用することは危険性
の面でも問題があり、また廃水処理の負担が増えるなど
の問題が生じることが懸念される。
Incidentally, even if the concentration of the oxidizing agent exceeds 10% by weight, the effect of improving the polishing rate for the metal film is not often observed, and the use of the oxidizing agent having a high concentration is problematic in terms of danger. There is a concern that problems such as increased burden on wastewater treatment may occur.

【0024】本発明の研磨剤の使用において、各成分の
添加順序は特に制限されるものではなく、使用時、即
ち、研磨時に全成分が含まれていればよい。しかし、一
般に、酸化剤は空気中に放置しておくと徐々に分解し
て、その酸化力が低下する場合が多いので使用時に添加
することが望ましい。
In the use of the abrasive of the present invention, the order of addition of each component is not particularly limited, as long as all components are contained at the time of use, that is, at the time of polishing. However, in general, the oxidizing agent gradually decomposes when left in the air, and its oxidizing power often decreases. Therefore, it is desirable to add the oxidizing agent at the time of use.

【0025】なお、本発明の研磨剤は、酸化剤として過
酸化水素を用いて金属膜を研磨した場合には、過酸化水
素の濃度が0.2〜6重量%の範囲で金属膜の研磨速度
がほぼ一定であるので、上述のように酸化剤が多少分解
したとしても安定した研磨速度が得られるため、研磨速
度の再現性、制御性の上で極めて好適に使用される。
When the metal film is polished using hydrogen peroxide as an oxidizing agent, the polishing agent of the present invention can be used for polishing a metal film at a hydrogen peroxide concentration of 0.2 to 6% by weight. Since the polishing rate is almost constant, a stable polishing rate can be obtained even if the oxidizing agent is slightly decomposed as described above, so that the polishing rate is very suitably used in terms of reproducibility and controllability of the polishing rate.

【0026】本発明の研磨剤中のシリカは水中に良く分
散している方が望ましいため予め調製しておく必要があ
るが、シュウ酸と酸化剤は少なくとも研磨するときに共
存していれば良いので、研磨装置中または配管中で混合
しても良い。
It is desirable that the silica in the polishing agent of the present invention is well dispersed in water, so that it is necessary to prepare the silica in advance, but oxalic acid and the oxidizing agent only need to coexist at least when polishing. Therefore, they may be mixed in a polishing apparatus or a pipe.

【0027】従って、シュウ酸と酸化剤に関しては、研
磨工程中においてそれらの濃度を前記好適な範囲内で可
変することによって、より高度な研磨を行うことも可能
である。例えば、初期には比較的高濃度のシュウ酸と過
酸化水素を添加して金属膜の研磨速度を高くし、終盤に
はそれらの添加剤の両方もしくは一方の濃度を下げるこ
とによって研磨速度を下げるような態様も実施可能であ
る。
Therefore, with respect to oxalic acid and the oxidizing agent, it is possible to perform more advanced polishing by changing their concentrations within the above preferable range during the polishing process. For example, a relatively high concentration of oxalic acid and hydrogen peroxide are added in the initial stage to increase the polishing rate of the metal film, and in the final stage, the polishing rate is decreased by lowering the concentration of both or one of these additives. Such an embodiment is also feasible.

【0028】そうすることによって、金属膜とバリア膜
あるいはバリア膜と絶縁膜との選択比を最適な範囲に調
整したり、配線パターンや電極上の金属膜の溶解性(デ
ィッシング)を一層低下させることも可能である。
By doing so, the selectivity between the metal film and the barrier film or between the barrier film and the insulating film is adjusted to an optimum range, and the solubility (dishing) of the metal film on the wiring pattern or the electrode is further reduced. It is also possible.

【0029】上記好適な研磨方法を示せば、半導体基板
表面に金属配線用の凹部を有する絶縁膜を形成し、その
上にバリア膜を介して該凹部を埋めるように金属膜を形
成した後、金属膜及びバリア膜を研磨することにより除
去して絶縁膜と凹部に存在する金属膜との平坦化された
面を形成するに際し、シリカを0.1〜20重量%、シ
ュウ酸を0.1〜1重量%、酸化剤を0.1〜10重量
%含む本発明の研磨剤(以下、第一の研磨剤ともいう)
を用いて上記金属膜を研磨し(以下、第一段研磨とい
う)、次いで、シリカを2〜20重量%、シュウ酸を0
〜0.1重量%、酸化剤を0〜10重量%含む本発明の
研磨剤(以下、第二の研磨剤ともいう)を用いて金属膜
及びバリア膜を同時研磨する(以下、第二段研磨とい
う)ことを特徴とする研磨方法である。
According to the preferred polishing method, an insulating film having a concave portion for metal wiring is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a metal film is formed thereon so as to fill the concave portion via a barrier film. When the metal film and the barrier film are removed by polishing to form a flattened surface between the insulating film and the metal film present in the recess, 0.1 to 20% by weight of silica and 0.1% of oxalic acid are used. To 1% by weight and an oxidizing agent of 0.1 to 10% by weight according to the present invention (hereinafter also referred to as a first abrasive)
The above metal film is polished by using (hereinafter referred to as first-stage polishing), and then 2 to 20% by weight of silica and 0% of oxalic acid are added.
The metal film and the barrier film are simultaneously polished using the polishing agent of the present invention (hereinafter, also referred to as a second polishing agent) containing 0.1 to 0.1% by weight and an oxidizing agent of 0 to 10% by weight (hereinafter, referred to as a second step). Polishing).

【0030】また、上記研磨後、シリカを0.1〜20
重量%含み、シュウ酸と酸化剤を実質的に含まない、p
H5〜9の範囲の本発明の研磨剤(以下、第三の研磨剤
ともいう)を用いて金属膜、バリア膜及び絶縁膜を同時
研磨する(以下、第三段研磨という)ことを特徴とする
上記の研磨方法をも提供する。
After the above polishing, silica is added in an amount of 0.1 to 20.
% By weight, substantially free of oxalic acid and oxidizing agent, p
The metal film, the barrier film, and the insulating film are simultaneously polished using the polishing agent of the present invention (hereinafter, also referred to as a third polishing agent) in the range of H5 to H9 (hereinafter, referred to as third-stage polishing). The above polishing method is also provided.

【0031】上記のように、本発明の研磨剤は、同一成
分内で、即ち、研磨剤成分を他の砥粒や酸等に変えるこ
となく、各成分の濃度を変えることによって、前記研磨
工程のあらゆる研磨にも対応することが可能であり、こ
れにより、研磨工程を1台の研磨装置で連続的に、各成
分の濃度を変えておこなうことができる。また、研磨後
の廃水処理の面でも、同一の処理設備で、全ての工程か
らの廃液を処理することができ、工業的に有利である。
As described above, the polishing agent of the present invention can be used in the polishing step by changing the concentration of each component within the same component, that is, without changing the polishing agent component to other abrasive grains or acid. It is also possible to cope with any kind of polishing, whereby the polishing step can be performed continuously with one polishing apparatus while changing the concentration of each component. Further, in terms of wastewater treatment after polishing, wastewater from all steps can be treated with the same treatment equipment, which is industrially advantageous.

【0032】本発明の研磨方法において、半導体基板と
しては、ICやLSIなどの半導体デバイスに使用され
るシリコン基板が代表的であるが、ゲルマニウムや化合
物半導体などの半導体基板にも適用できる。
In the polishing method of the present invention, a typical example of the semiconductor substrate is a silicon substrate used for semiconductor devices such as ICs and LSIs, but the present invention can also be applied to semiconductor substrates such as germanium and compound semiconductors.

【0033】また、絶縁膜とは配線層間の電気的分離に
用いられるものであって、絶縁性のものであれば特に制
限はない。酸化シリコン膜(プラズマ−TEOS膜やS
OG膜と呼ばれているものなど)や有機SOG膜等が挙
げられる。
The insulating film is used for electrical isolation between wiring layers, and is not particularly limited as long as it is insulating. Silicon oxide film (plasma-TEOS film or S
OG film), an organic SOG film, and the like.

【0034】更に、バリア膜は配線用金属の絶縁膜中へ
の拡散を防止すると共に、金属膜の絶縁膜への密着性を
良くするために絶縁膜と金属膜の間に形成される薄膜で
あって、タンタル膜、窒化タンタル膜、チタン膜、窒化
チタン膜、窒化タングステン膜などが挙げられる。中で
も、窒化タンタル膜が好適である。
Further, the barrier film is a thin film formed between the insulating film and the metal film to prevent the diffusion of the wiring metal into the insulating film and to improve the adhesion of the metal film to the insulating film. In addition, a tantalum film, a tantalum nitride film, a titanium film, a titanium nitride film, a tungsten nitride film, and the like can be given. Among them, a tantalum nitride film is preferable.

【0035】更にまた、金属膜は、配線パターンや電極
を形成するための配線材料であり、アルミニウム膜、銅
膜、タングステン膜などが挙げられる。中でも、本発明
は銅膜に対して特に有効である。
Further, the metal film is a wiring material for forming a wiring pattern and an electrode, and examples thereof include an aluminum film, a copper film, and a tungsten film. Among them, the present invention is particularly effective for a copper film.

【0036】本発明の上記研磨方法を図2に従って詳細
に説明する。
The polishing method of the present invention will be described in detail with reference to FIG.

【0037】前記半導体基板表面に形成される絶縁膜に
設けられる凹部Aは、配線等を形成するために絶縁膜上
に形成される溝や接続孔である。
The recess A provided in the insulating film formed on the surface of the semiconductor substrate is a groove or a connection hole formed on the insulating film for forming a wiring or the like.

【0038】先ず、(a)上記凹部Aを有する絶縁膜2上
に順次積層されたバリア膜3及び金属膜4を(b)第一
の研磨剤を使用して研磨する第一段研磨を実施すること
により、金属膜4を研磨により除去する。
First, (a) first-stage polishing is performed in which the barrier film 3 and the metal film 4 sequentially laminated on the insulating film 2 having the concave portion A are polished using (b) a first abrasive. By doing so, the metal film 4 is removed by polishing.

【0039】次いで、(c)第二の研磨剤を使用してバ
リア膜と金属膜を同時研磨し、更に必要に応じて、第三
の研磨剤を使用して金属膜、バリア膜及び絶縁膜を同時
研磨する。
Next, (c) the barrier film and the metal film are simultaneously polished using the second abrasive, and if necessary, the metal film, the barrier film and the insulating film are used using the third abrasive. Are polished simultaneously.

【0040】上記の第一段研磨においては、酸としてシ
ュウ酸を、また、特定のシリカを使用する本発明の研磨
剤を用いることにより、スクラッチやディッシングの発
生を抑えながら金属膜を除去でき、バリア膜と金属膜と
よりなる極めて平坦な表面を形成することができる。
In the first-stage polishing, the metal film can be removed while suppressing the occurrence of scratching and dishing by using oxalic acid as an acid and the abrasive of the present invention using specific silica. An extremely flat surface composed of a barrier film and a metal film can be formed.

【0041】ここで、第一段研磨においては、金属膜を
比較的高い研磨速度で効率よく研磨することが望まし
い。一般に、研磨すべき金属膜の厚みは5000〜20
000オングストロームの範囲であるので、金属膜の研
磨速度は3000オングストローム/min以上、好ま
しくは5000オングストローム/min以上が好適で
ある。
Here, in the first stage polishing, it is desirable to polish the metal film efficiently at a relatively high polishing rate. Generally, the thickness of the metal film to be polished is 5000 to 20
Since the thickness is in the range of 2,000 Å, the polishing rate of the metal film is preferably 3,000 Å / min or more, and more preferably 5,000 Å / min or more.

【0042】そのため、第一の研磨剤としては、シリカ
を0.1〜20重量%、好ましくは0.1〜5重量%、
シュウ酸を0.1〜1重量%、酸化剤を0.1〜10重
量%含むものが好適に採用される。
Therefore, as the first abrasive, 0.1-20% by weight of silica, preferably 0.1-5% by weight,
Those containing 0.1 to 1% by weight of oxalic acid and 0.1 to 10% by weight of an oxidizing agent are suitably employed.

【0043】上記第一段研磨により金属膜を除去した後
の被研磨面には、バリア膜と凹部に埋められた金属膜が
露出した状態で存在する。
After removal of the metal film by the first-stage polishing, the surface to be polished includes the barrier film and the metal film buried in the concave portions in an exposed state.

【0044】尚、本発明の研磨剤は、第一段研磨時にシ
リカ濃度を変えることによって、金属膜とバリア膜との
選択比を制御することが可能である。即ち、第一の研磨
剤のシリカ濃度が2重量%未満においては、上記選択比
は50以上となり、バリア膜を停止層とした研磨が可能
であり、また、シリカ濃度が2重量%以上の場合は、上
記選択比は50未満となり、金属膜に引き続き、バリア
膜まで連続して研磨が可能である。
Incidentally, the abrasive of the present invention can control the selectivity between the metal film and the barrier film by changing the silica concentration during the first stage polishing. That is, when the silica concentration of the first abrasive is less than 2% by weight, the above selectivity becomes 50 or more, and polishing using the barrier film as a stop layer is possible. When the silica concentration is 2% by weight or more, In this case, the selectivity becomes less than 50, and polishing can be continuously performed on the metal film and the barrier film.

【0045】第二段研磨においては該被研磨面からバリ
ア膜を除去する必要がある。また、第二段研磨において
は、金属膜に対してバリア膜を同等以上の研磨速度で研
磨した方がディッシングが発生し難いというメリットが
ある。従って、バリア膜に対する金属膜の選択比(金属
膜/バリア膜研磨速度比)は1.2以下が好ましく、更
に好ましくは1である。
In the second polishing step, it is necessary to remove the barrier film from the surface to be polished. In the second-stage polishing, there is an advantage that dishing hardly occurs when the barrier film is polished at a polishing rate equal to or higher than that of the metal film. Therefore, the selection ratio of the metal film to the barrier film (metal film / barrier film polishing rate ratio) is preferably 1.2 or less, and more preferably 1.

【0046】なお、半導体基板上に形成するバリア膜の
厚みは、一般的に100〜500オングストロームの範
囲にあることが多いため、第二段研磨においてはバリア
膜の研磨速度は100〜1000オングストローム/m
inの範囲、好ましくは200〜500オングストロー
ム/minの範囲にある方が制御し易く、バリア膜の除
去に要する時間は2分以内、好ましくは1分以内である
ことが更に好ましい。
Since the thickness of the barrier film formed on the semiconductor substrate is generally in the range of 100 to 500 angstroms, the polishing rate of the barrier film in the second polishing is 100 to 1000 angstroms /. m
In the range of in, preferably in the range of 200 to 500 angstroms / min, it is easy to control, and the time required for removing the barrier film is preferably within 2 minutes, more preferably within 1 minute.

【0047】上記研磨速度が100オングストローム/
min未満では生産性が低下する場合があり、1000
オングストローム/min以上ではバリア膜のみなら
ず、その下部の絶縁膜または配線の金属膜まで研磨し過
ぎてしまう場合があり、所望の位置で研磨を停止するこ
とが難しくなり、制御性が低下する場合がある。
The polishing rate is 100 angstroms /
If the amount is less than 1000 min, the productivity may be reduced.
At Å / min or more, not only the barrier film, but also the underlying insulating film or metal film of the wiring may be polished too much, and it becomes difficult to stop polishing at a desired position, resulting in poor controllability. There is.

【0048】上記要件を満たすために、第二の研磨剤と
して、シリカを2〜20重量%、好ましくは5重量%を
超え、10重量%以下、シュウ酸を0〜0.1重量%、
酸化剤を0〜10重量%含むものを使用することが望ま
しい。そのうち、シュウ酸の濃度が上記範囲内で0重量
%を超える場合、酸化剤の濃度は0〜0.2重量%とす
ることが好ましい。特に、シュウ酸を0重量%、酸化剤
を0重量%で使用することは、続いて後記の第三段研磨
に使用する第三の研磨剤に組成変更する際、シリカ濃度
のみを調整して容易に上記変更ができるため好ましい。
In order to satisfy the above requirements, as a second abrasive, silica is 2 to 20% by weight, preferably more than 5% by weight and not more than 10% by weight, oxalic acid is 0 to 0.1% by weight,
It is desirable to use one containing 0 to 10% by weight of an oxidizing agent. When the concentration of oxalic acid exceeds 0% by weight within the above range, the concentration of the oxidizing agent is preferably 0 to 0.2% by weight. In particular, the use of oxalic acid at 0% by weight and the oxidizing agent at 0% by weight means that when the composition is subsequently changed to the third polishing agent used in the third-stage polishing, only the silica concentration is adjusted. This is preferable because the above change can be easily made.

【0049】前述したように、本発明の研磨剤は、金属
膜の研磨速度が、上記構成成分の中でも、特にシュウ酸
と酸化剤の濃度に大きく依存する傾向があるため、所望
の選択比を得るためには、上記シュウ酸と酸化剤の濃度
を上記範囲に調整すれば良い。また、本発明の研磨剤
は、バリア膜の研磨速度が、シリカ濃度に依存する傾向
があるため、所望の研磨速度を得るためには、上記シリ
カ濃度を上記範囲に調整すれば良い。そうすることによ
って、金属膜に対するバリア膜の選択比を所望の値に調
節することができる。
As described above, the polishing rate of the metal film of the present invention tends to largely depend on the concentration of oxalic acid and the oxidizing agent among the above-mentioned constituents. In order to obtain it, the concentrations of oxalic acid and oxidizing agent may be adjusted to the above ranges. In the polishing agent of the present invention, the polishing rate of the barrier film tends to depend on the silica concentration. Therefore, in order to obtain a desired polishing rate, the silica concentration may be adjusted to the above range. By doing so, the selection ratio of the barrier film to the metal film can be adjusted to a desired value.

【0050】また、上記第二の研磨剤は、第一の研磨剤
に比べて、シュウ酸の濃度が低いため、凹部に埋め込ん
だ金属膜に対するディッシングがより一層起こり難いと
いう特徴も有している。
Further, since the second abrasive has a lower concentration of oxalic acid than the first abrasive, dishing of the metal film buried in the concave portion is more unlikely to occur. .

【0051】本発明において、更に高度に平坦化された
半導体基板表面を得るために、必要に応じて、金属膜、
バリア膜、絶縁膜の三種類の膜をそれぞれほぼ等しい研
磨速度で研磨する第三段研磨を実施することができる。
かかる研磨に使用される第三の研磨剤は、金属膜、バリ
ア膜及び絶縁膜をほぼ等しい研磨速度で研磨できること
が好ましい。特に好ましくは、バリア膜に対する金属膜
及び絶縁膜に対する金属膜との選択比(バリア膜/金属
膜研磨速度比及び絶縁膜/金属膜研磨速度比)は、好ま
しくは、0.2〜5、更に好ましくは0.5〜2、特
に、0.8〜1.2である。
In the present invention, in order to obtain a more highly planarized semiconductor substrate surface, a metal film,
Third-stage polishing for polishing three types of films, that is, a barrier film and an insulating film, at substantially the same polishing rate can be performed.
It is preferable that the third polishing agent used for such polishing can polish the metal film, the barrier film, and the insulating film at substantially the same polishing rate. Particularly preferably, the selectivity (barrier film / metal film polishing rate ratio and insulating film / metal film polishing rate ratio) of the metal film to the barrier film and the metal film to the insulating film is preferably 0.2 to 5, and more preferably 0.2 to 5. Preferably it is 0.5-2, especially 0.8-1.2.

【0052】上記第三の研磨剤の研磨速度は、金属膜、
バリア膜、絶縁膜に対して、それぞれ、30〜500オ
ングストローム/minの範囲、好ましくは50〜30
0オングストローム/minの範囲である。上記研磨速
度が500オングストローム/minを超えると、絶縁
膜が研磨されすぎ、制御性が乏しくなることが懸念され
る。30オングストローム/min未満では時間がかか
りすぎる場合がある。
The polishing rate of the above-mentioned third polishing agent is as follows.
The barrier film and the insulating film each have a range of 30 to 500 Å / min, preferably 50 to 30 Å.
0 angstrom / min. If the polishing rate exceeds 500 angstroms / min, the insulating film may be polished too much and controllability may be poor. If it is less than 30 angstroms / min, it may take too much time.

【0053】上記要件を満足するために、シリカを0.
1〜20重量%、好ましくは0.1〜5重量%含み、シ
ュウ酸と酸化剤を実質的に含まない、pHが5〜9の範
囲の第三の研磨剤が好適に採用できる。
In order to satisfy the above requirements, silica is added in an amount of 0.
A third abrasive containing 1 to 20% by weight, preferably 0.1 to 5% by weight, substantially free of oxalic acid and an oxidizing agent and having a pH in the range of 5 to 9 can be suitably used.

【0054】本発明の研磨剤は、金属膜の研磨速度がシ
ュウ酸と酸化剤の濃度に大きく依存するため、上記二つ
の構成成分を実質的に含まない方が研磨の制御性が高
く、好ましい。また、シリカの濃度を調整することによ
って、金属膜、バリア膜、絶縁膜の研磨速度を調節可能
である。
In the polishing agent of the present invention, the polishing rate of the metal film greatly depends on the concentrations of oxalic acid and the oxidizing agent. . Further, the polishing rate of the metal film, the barrier film, and the insulating film can be adjusted by adjusting the concentration of silica.

【0055】また、上記第三の研磨剤のpHは、5〜9
の範囲、好ましくは6〜8の範囲にある場合には、金属
膜が腐食され難く、好ましい。また、該pHが上記範囲
にある場合には、金属膜、バリア膜及び絶縁膜をほぼ同
じ研磨速度で研磨できる傾向があり、好適である。研磨
剤のpHが5未満では金属膜の研磨速度が、9を超える
と絶縁膜の研磨速度が、バリア膜の研磨速度と比較して
それぞれ著しく高くなる場合がある。そのような場合に
は、金属膜や絶縁膜にディッシングが発生し易くなり、
半導体基板表面の平坦性が低下する場合がある。
The pH of the third abrasive is 5-9.
, Preferably in the range of 6 to 8, the metal film is hardly corroded, which is preferable. When the pH is in the above range, the metal film, the barrier film, and the insulating film tend to be polished at almost the same polishing rate, which is preferable. If the pH of the polishing agent is less than 5, the polishing rate of the metal film may exceed 9, and the polishing rate of the insulating film may be significantly higher than the polishing rate of the barrier film. In such a case, dishing easily occurs in the metal film or the insulating film,
The flatness of the surface of the semiconductor substrate may be reduced.

【0056】上述したような三段階の各研磨工程(1.
金属膜の研磨。2.金属膜及びバリア膜の同時研磨。
3.金属膜、バリア膜及び絶縁膜の同時研磨)におい
て、本発明の研磨剤の各構成成分の濃度を調整し、且つ
研磨時間を制御するには以下のような方法が挙げられ
る。一つは、各工程に必要な時間を予め計測しておき、
各工程の時間毎に研磨剤の各構成成分の濃度を変えてい
く方法である。同一の半導体基板を繰り返し研磨する際
には、上記方法でも十分制御可能である。もう一つの方
法は、各種の原理を利用したエンドポイントディテクタ
ーを使用する方法である。エンドポイントディテクター
には、研磨機の定盤のトルク(動力)の変化を検出する
ものや被研磨基板の表面状態を光学的に検出するものな
ど、多くの機種が市販されている。エンドポイントディ
テクターによって検出された信号を用いて、研磨剤の構
成成分の濃度を変更するようにシーケンスを組むことも
できる。
Each of the above three polishing steps (1.
Polishing of metal film. 2. Simultaneous polishing of metal film and barrier film.
3. In the simultaneous polishing of the metal film, the barrier film, and the insulating film), the following methods can be used to adjust the concentration of each component of the polishing agent of the present invention and control the polishing time. One is to measure the time required for each process in advance,
This is a method in which the concentration of each component of the abrasive is changed every time of each step. When the same semiconductor substrate is repeatedly polished, the above-described method can be sufficiently controlled. Another method is to use an endpoint detector utilizing various principles. Many types of end point detectors are commercially available, such as a type that detects a change in torque (power) of a surface plate of a polishing machine and a type that optically detects the surface state of a substrate to be polished. A sequence can also be arranged to change the concentration of the constituents of the abrasive using the signal detected by the endpoint detector.

【0057】また、研磨剤の各構成成分の濃度を調整す
るには、各構成成分の濃度を調整した三種類の研磨剤を
最初から準備しておき、各工程毎に切り替えて使用して
も良いし、各構成成分毎に溶液を準備しておいて、各工
程毎に、研磨装置中または配管中で所望の混合比で混合
して使用しても良い。
In order to adjust the concentration of each component of the polishing agent, three types of polishing agents whose concentrations of the respective components have been adjusted are prepared from the beginning, and are switched and used in each step. Alternatively, a solution may be prepared for each component, and may be mixed and used at a desired mixing ratio in a polishing apparatus or a pipe in each step.

【0058】[0058]

【発明の効果】以上の説明より理解されるように、本発
明の研磨剤によれば、金属膜、バリア膜及び絶縁膜の研
磨における選択比を任意に変え得ることのでき、金属
膜、金属膜及びバリア膜を同時に研磨可能で、更に、金
属膜、バリア膜及び絶縁膜をほぼ同等の研磨速度で研磨
することもできる研磨剤である。
As will be understood from the above description, according to the polishing agent of the present invention, the selectivity in polishing a metal film, a barrier film and an insulating film can be arbitrarily changed. It is a polishing agent that can simultaneously polish a film and a barrier film, and can polish a metal film, a barrier film, and an insulating film at substantially the same polishing rate.

【0059】従って、研磨工程、研磨後の廃水処理工程
等の簡略化を図ることができ、その工業的な寄与は極め
て大きいものである。
Therefore, the polishing step and the wastewater treatment step after polishing can be simplified, and the industrial contribution is extremely large.

【0060】また、本発明の第一の研磨剤は、金属膜を
3000オングストローム/min以上の高い研磨速度
で研磨でき、更に、金属膜に対する溶解性が低いという
特徴を有している。
The first abrasive of the present invention is characterized in that a metal film can be polished at a high polishing rate of 3000 angstroms / min or more, and that the metal film has low solubility in the metal film.

【0061】[0061]

【実施例】以下、本発明の実施例を挙げて具体的に説明
するが、本発明はこれらの実施例によって何ら制限され
るものではない。
EXAMPLES Hereinafter, the present invention will be described specifically with reference to Examples, but the present invention is not limited to these Examples.

【0062】(研磨試験)金属膜として銅(Cu)膜、
バリア膜として窒化タンタル(TaN)膜、絶縁膜とし
て酸化シリコン(SiO2)膜が表面に形成された4イ
ンチのシリコンウェハを用いて研磨試験を行った。研磨
パッドにはロデール・ニッタ製のIC1000/SUB
A400を用い、加工圧力300g/cm2、定盤回転
数40rpm、研磨剤の滴下速度80ml/minの条
件で研磨試験を行い、研磨速度を求めた。
(Polishing test) Copper (Cu) film as a metal film,
A polishing test was performed using a 4-inch silicon wafer having a tantalum nitride (TaN) film as a barrier film and a silicon oxide (SiO 2 ) film formed on the surface as an insulating film. The polishing pad is IC1000 / SUB manufactured by Rodale Nitta
Using A400, a polishing test was performed under the conditions of a processing pressure of 300 g / cm 2 , a platen rotation speed of 40 rpm, and an abrasive dropping speed of 80 ml / min, to obtain a polishing rate.

【0063】実施例1〜24及び比較例1〜6 表1に示す各種のシリカと酸と過酸化水素水を表1に示
す濃度となるように水に配合して研磨剤をそれぞれ調整
し、研磨試験を実施した。
Examples 1 to 24 and Comparative Examples 1 to 6 Various kinds of silica, acid and hydrogen peroxide solution shown in Table 1 were mixed with water so as to have the concentrations shown in Table 1, and abrasives were respectively adjusted. A polishing test was performed.

【0064】表1に示すコロイダルシリカは、純度分析
の結果、Na、K、Al、Fe、Cr等の不純物金属元
素がすべて0.1ppm以下であり、SEM観察の結
果、平均粒子径がそれぞれ約90nmと約40nmの単
分散性の高い球状のシリカ粒子であった。また、上記シ
リカの代りに、アルミナを用いた研磨剤も同時に試験し
た。
The colloidal silica shown in Table 1 had a purity analysis which showed that all of the impurity metal elements such as Na, K, Al, Fe, and Cr were 0.1 ppm or less, and that the average particle diameter was about It was a highly monodisperse spherical silica particle of 90 nm and about 40 nm. An abrasive using alumina instead of the above silica was also tested.

【0065】研磨試験の結果として、各種膜の研磨速
度、該研速度より計算される選択比を表2に示した。
Table 2 shows the polishing rates of the various films and the selectivity calculated from the polishing rates as a result of the polishing test.

【0066】尚、研磨後のウエハ表面を集光灯を用いて
観察したところ、シリカを含む研磨剤で研磨したウエハ
よりもアルミナを含む研磨剤で研磨したウエハの方が、
表面に多くのスクラッチが発生していることが確認でき
た。
When the surface of the polished wafer was observed using a condensing lamp, the wafer polished with the abrasive containing alumina was more polished than the wafer polished with the abrasive containing silica.
It was confirmed that many scratches were generated on the surface.

【0067】以上の結果より、第一の研磨剤の砥粒とし
ては比表面積20m2/g以上、80m2/g未満の範囲
のシリカが有効であり、これにより、金属膜を高速で研
磨でき且つバリア膜をも200オングストローム/mi
n以上の好適な研磨速度で研磨できる点で優れているこ
とがわかった。上記第一の研磨剤において、シリカ濃度
が2重量%以下では、Cu/TaN比が50以上とな
り、金属膜の選択研磨性にも優れていることがわかっ
た。
[0067] From the above results, the first as the abrasive grains of the abrasive specific surface area 20 m 2 / g or more, is effective silica in the range of less than 80 m 2 / g, thereby, possible to polish the metal film at a high speed 200 Å / mi barrier film
It was found to be excellent in that it can be polished at a suitable polishing rate of n or more. In the first abrasive, when the silica concentration was 2% by weight or less, the Cu / TaN ratio was 50 or more, and it was found that the selective polishing of the metal film was excellent.

【0068】また、Cu膜を効率良く研磨するために
は、シリカ濃度は0.1重量%以上、シュウ酸濃度は
0.1重量%以上、酸化剤濃度は0.1重量%以上であ
ることが望ましいことがわかった。
For efficient polishing of the Cu film, the silica concentration should be 0.1% by weight or more, the oxalic acid concentration should be 0.1% by weight or more, and the oxidizing agent concentration should be 0.1% by weight or more. Turned out to be desirable.

【0069】第二の研磨剤において、TaN膜の研磨速
度は、比表面積が20m2/g以上、80m2/g未満の
シリカを用いた時に100オングストローム/min以
上が達成できることがわかった。
In the second polishing agent, it was found that the polishing rate of the TaN film could be at least 100 Å / min when silica having a specific surface area of 20 m 2 / g or more and less than 80 m 2 / g was used.

【0070】尚、酸化剤として過酸化水素の代わりに過
硫酸アンモニウムを使用した場合もCu膜を5000オ
ングストローム/min以上の研磨速度で研磨できるこ
とがわかった。
It was also found that the Cu film could be polished at a polishing rate of 5000 Å / min or more even when ammonium persulfate was used instead of hydrogen peroxide as the oxidizing agent.

【0071】本発明の研磨剤において、酸の種類によっ
てCu膜の溶解速度は大きく依存することをが本発明者
らの実験により確認された。実験は、酸による溶解速度
のみを測定したが、その結果、硝酸361オングストロ
ーム/min、塩酸378オングストローム/min、
硫酸441オングストローム/min、酢酸500オン
グストローム/min以上、シュウ酸14オングストロ
ーム/min、コハク酸71オングストローム/mi
n、クエン酸227オングストローム/min、マロン
酸284オングストローム/minであった。この結果
より、シュウ酸は際だって溶解速度が低いことがわか
る。参考のために、同様な試験を純水(pH7)中で行
うとCu膜の溶解速度は2オングストローム/min程
度であった。
The experiments by the present inventors have confirmed that the dissolution rate of the Cu film greatly depends on the type of acid in the polishing slurry of the present invention. In the experiment, only the dissolution rate by an acid was measured, and as a result, 361 Å / min of nitric acid, 378 Å / min of hydrochloric acid,
Sulfuric acid 441 angstroms / min, acetic acid 500 angstroms / min or more, oxalic acid 14 angstroms / min, succinic acid 71 angstroms / mi
n, citric acid was 227 Å / min, and malonic acid was 284 Å / min. The results show that oxalic acid has a remarkably low dissolution rate. For reference, when a similar test was performed in pure water (pH 7), the dissolution rate of the Cu film was about 2 Å / min.

【0072】以上のことから、酸の種類としてシュウ酸
を使えばディッシングの起こり難い研磨ができることが
確認できた。
From the above, it was confirmed that when oxalic acid was used as a kind of acid, polishing in which dishing hardly occurred was possible.

【0073】[0073]

【表1】 [Table 1]

【0074】[0074]

【表2】 [Table 2]

【0075】実施例25 シリコンウエハ表面に形成されたSiO2膜上に幅10
0μmの配線用溝が100μmの間隔で形成され、その
上に厚さ約200オングストロームのTaN膜と厚さ約
1.5μmのCu膜が順次積層されたTEGウエハを用
いて、そのシリコンウエハ表面をまず実施例1の研磨剤
で150秒間研磨した。その結果、TaN膜の面より上
にあるCu膜が除去され、TaN膜と配線溝のCu膜が
露出した状態となった。続いて、実施例16の研磨剤で
30秒間研磨を行ったところ、TaN膜が除去され、配
線溝以外の部分のSiO2膜と配線溝のCu膜が露出し
た状態になった。更に、実施例23の研磨剤を用いて2
0秒間研磨した。
Example 25 A silicon wafer having a width of 10 was formed on an SiO 2 film formed on the surface of a silicon wafer.
Using a TEG wafer in which 0 μm wiring grooves are formed at intervals of 100 μm and a TaN film having a thickness of about 200 Å and a Cu film having a thickness of about 1.5 μm are sequentially stacked thereon, the silicon wafer surface is formed. First, polishing was performed for 150 seconds with the abrasive of Example 1. As a result, the Cu film above the surface of the TaN film was removed, and the TaN film and the Cu film in the wiring trench were exposed. Subsequently, when polishing was performed for 30 seconds with the polishing agent of Example 16, the TaN film was removed, and the SiO 2 film in portions other than the wiring grooves and the Cu film in the wiring grooves were exposed. Further, using the abrasive of Example 23, 2
Polished for 0 seconds.

【0076】研磨後のシリコンウエハ表面を電子顕微鏡
で観察したところ、スクラッチやディッシングは全く見
られず、配線溝以外の部分のSiO2膜と配線溝のCu
膜の表面にはほとんど段差は無く、平坦な表面が形成さ
れていることが確認できた。
[0076] When a silicon wafer surface after polishing was observed by an electron microscope, scratches and dishing was not observed at all, the SiO 2 film and the wiring groove in the portion other than the wiring grooves Cu
There was almost no step on the surface of the film, and it was confirmed that a flat surface was formed.

【0077】以上の結果より、本発明の研磨剤は、その
構成成分であるシュウ酸と酸化剤、更にはシリカの濃度
を調整することによって、金属膜、バリア膜及び絶縁膜
の研磨速度を任意に変え得ることが確認できた。
From the above results, it was found that the polishing rate of the metal film, the barrier film and the insulating film can be arbitrarily adjusted by adjusting the concentrations of the oxalic acid, the oxidizing agent and the silica as the constituents. It was confirmed that it could be changed to

【0078】また、上記構成成分の濃度を変化させるだ
けで、金属膜の研磨(第一段研磨)、金属膜及びバリア
膜の研磨(第二段研磨)、更に金属膜、バリア膜及び絶
縁膜の研磨(第三段研磨)を連続して行うことができる
ので生産性が極めて高いことがわかった。更にまた、本
発明の研磨剤とそれを用いた本発明の研磨方法を採用す
ることによって、極めて平坦な半導体基板表面が形成で
きることがわかった。
Also, by merely changing the concentration of the above constituent components, polishing of a metal film (first-stage polishing), polishing of a metal film and a barrier film (second-stage polishing), and furthermore, metal film, barrier film and insulating film It can be seen that productivity can be extremely high because the polishing (third stage polishing) can be continuously performed. Furthermore, it has been found that an extremely flat semiconductor substrate surface can be formed by employing the polishing agent of the present invention and the polishing method of the present invention using the same.

【0079】比較例7 実施例25において、第一段研磨の酸をシュウ酸に代え
て塩酸を使用した(pH2.0に調整)以外は同様にし
て研磨を行った。その結果、SEMでの観察により、S
iO2膜の配線溝に存在する金属膜の表面にディッシン
グが確認された。
Comparative Example 7 Polishing was carried out in the same manner as in Example 25 except that hydrochloric acid was used instead of oxalic acid (adjusted to pH 2.0) in the first stage polishing. As a result, SEM observation revealed that S
Dishing was confirmed on the surface of the metal film existing in the wiring groove of the iO 2 film.

【0080】また、上記酸をコハク酸、クエン酸、マロ
ン酸に代えて同様の研磨を実施した結果、SEMでの観
察により、SiO2膜の配線溝に存在する金属膜の表面
に同様なディッシングが確認された。
The same polishing was carried out by replacing the above acid with succinic acid, citric acid and malonic acid. As a result of observation by SEM, similar dishing was observed on the surface of the metal film existing in the wiring groove of the SiO 2 film. Was confirmed.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

【図1】一般的な研磨方法を示す概略図FIG. 1 is a schematic view showing a general polishing method.

【図2】本発明の研磨方法の代表的な態様を示す概略図FIG. 2 is a schematic view showing a typical embodiment of the polishing method of the present invention.

【符号の説明】 A 凹部 1 半導体基板 2 絶縁膜 3 バリア膜 4 金属膜[Explanation of Symbols] A recess 1 semiconductor substrate 2 insulating film 3 barrier film 4 metal film

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 BET法によって測定した比表面積が2
0m2/g以上、80m2/g未満のシリカを0.1〜2
0重量%、シュウ酸を0〜1重量%、酸化剤を0〜10
重量%含み、残部が水よりなることを特徴とする研磨
剤。
A specific surface area measured by a BET method is 2
0.1 to 2 m 2 / g or more and less than 80 m 2 / g of silica.
0% by weight, 0 to 1% by weight of oxalic acid, 0 to 10% of oxidizing agent
Abrasives characterized by containing water by weight, with the balance being water.
【請求項2】 半導体基板表面に金属配線用の凹部を有
する絶縁膜を形成し、その上にバリア膜を介して該凹部
を埋めるように金属膜を形成した後、金属膜及びバリア
膜を研磨することにより除去して絶縁膜と凹部に存在す
る金属膜との平坦化された面を形成するに際し、シリカ
を0.1〜20重量%、シュウ酸を0.1〜1重量%及
び酸化剤を0.1〜10重量%含む請求項1記載の研磨
剤を用いて上記金属膜を研磨し、次いで、シリカを2〜
20重量%、シュウ酸を0〜0.1重量%及び酸化剤を
0〜10重量%含む請求項1記載の研磨剤を用いて金属
膜及びバリア膜を同時研磨することを特徴とする研磨方
法。
2. An insulating film having a concave portion for metal wiring is formed on the surface of a semiconductor substrate, and a metal film is formed thereon so as to fill the concave portion via a barrier film, and then the metal film and the barrier film are polished. To form a flattened surface between the insulating film and the metal film present in the recesses, by using 0.1 to 20% by weight of silica, 0.1 to 1% by weight of oxalic acid, and an oxidizing agent. The metal film is polished using the polishing slurry according to claim 1 containing 0.1 to 10% by weight of silica.
A polishing method comprising simultaneously polishing a metal film and a barrier film by using the polishing agent according to claim 1, comprising 20% by weight, 0 to 0.1% by weight of oxalic acid and 0 to 10% by weight of an oxidizing agent. .
【請求項3】 請求項2記載の研磨方法に続いて、シリ
カを0.1〜20重量%含み、シュウ酸と酸化剤を実質
的に含まない、pH5〜9の範囲の請求項1記載の研磨
剤を用いて金属膜、バリア膜及び絶縁膜を同時研磨する
ことを特徴とする研磨方法。
3. The polishing method according to claim 1, wherein the polishing method according to claim 2 includes 0.1 to 20% by weight of silica and is substantially free of oxalic acid and an oxidizing agent and has a pH of 5 to 9. A polishing method comprising simultaneously polishing a metal film, a barrier film, and an insulating film using an abrasive.
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